Induktion: Was passiert im Stromkreis?
Angenommen ich induziere 100 Watt in eine Spule die an einen Stromkreislauf mit 1 Ohm Widerstand angeschlossen ist.
Die Windungszahl der Spule ist so gewählt, dass diese beim Induzieren der 100W eine Spannung von 100 Volt erzeugt.
P = U x I I = P / U I = 100W / 100V I = 1 Ampere
I = U / R U = I x R U = 1A x 1Ω U = 1 Volt
U / R = I -> Wenn Elektronen mit der Kraft von 1 Volt einen Stromkreis durchqueren und dabei mit der Kraft von 1 Ohm gebremst werden, dann ergibt die Summe der Elektronen, die dabei den Widerstand durchqueren, 1 Ampere.
In meinem Stromkreislauf durchqueren die Elektronen den Stromkreis aber mit der Kraft von 100 Volt.
Trotzdem übersteigt die Anzahl der durchquerenden Elektronen 1 Ampere nicht.
Wieso ist das so?
Ich wäre sehr froh wenn mir jemand eine eher "bildliche" Beschreibung liefern könnte.
Schon mal vielen Dank im Voraus.
6 Antworten
Du hast dir da ein etwas eigenes und eigenartiges Bild zurechtgelegt. So kann man es nicht erklären. Vor allem widersprechen sich deine Annahmen!
Mit P=U*I und U=R*I kannst du alles überprüfen bzw. so zurechlegen, dass es passt.
Trotzdem noch ein paar Punkte:
- Man kann nicht "Leistung induzieren", bei Induktion entsteht zunächst nur Spannung
- Leistung "entsteht" erst, wenn diese Spannung in einem Verbraucher auch einen Strom erzeugt. Um mit 100V Spannung 100W Leistung zu erzeugen, muss man diese (als ideal anzunehmende!) Spannungsquelle an einen 100-Ohm-Widerstand anschliessen, dann fliesst 1A Strom und 1A * 100V gibt 100W.
- Mit nur 1V müsstest du für 100W 100A haben oder einen Verbraucher von 0,01Ohm.
- 100W an 1 Ohm bekommst du schon mit 10 (zehn) Volt! - Denn P = (U^2)/R, mit 100V an 1 Ohm hättest du 10kW!
Also alles voller Widersprüche.
Der Widerspruch basiert auf einer falschen Rechnung deinerseits.
Grundsätzlich wird auf der Sekundärseite Spannung induziert, welche dann über einen Widerstand eine Leistung von P = U²/R ergibt.
Wenn also 100V auf der Sekundärseite induziert werden, dann würde bei deinem Beispiel eine Leistung von 10kW übertragen werden.
Sollte der Trafo allerdings auf 100W Nennleistung ausgelegt sein, dann würde er bei dieser Belastung ganz einfach abbrennen.
Sollte der Trafo Kurzschlussfest sein, dann bricht bei dieser Belastung die Sekundärspannung ein. Wenn dieser Kurzschlussfeste Trafo also 100W an den 1Ohm Widerstand abgibt, dann wird seine Sekundärspannung auf 10V zurück gehen unabhängig davon ob die Leerlaufspannung 100V ist.
Sofern die Primärseite an einer Spannungsquelle hängt bleibt die Spannung auf dieser Seite konstant und nur der Strom verändert sich. (Anmerkung das Gesetz: U1/U2 = N1/N2 gilt nur ohne Belastung).
Du wirfst etwas durcheinander.
Du gehst von einem Trafo aus, der bei Nennlast mit 100W am Ausgang 100V und 1 A zur Verfügung stellt. Das entspricht einem Widerstand von 100 Ohm am Trafoausgang. Das ist der Betrieb mit Nenndaten. Schließt Du jetzt einen Widerstand von 1 Ohm an den Trafoausgang an, überlastest Du den Trafo. Wenn die Wicklung und die speisende Quelle das hergibt, steigt also die übertragene Leistung. Und das soweit, wie die Quelle liefern kann, und wie der Trafo in der Lage ist, noch zu übersetzen. Dadurch wird er heiß und brennt ggf durch.
Beim Trafo gilt Pzu = Pab + Pverlust. Lassen wir mal idealerweise die Verluste weg. 100V Ausgang an 1 Ohm sind 100A. Macht 10000W (10kW) auf der Primärseite und Sekundärseite. Das schafft natürlich jetzt weder der Trafo, noch die Quelle. Das ist, weil die Quelle, die Leitungen und auch der Trafo das physikalisch begrenzen...
Du sagst jetzt, du begrenzt auf 100W. Bei 1 Ohm und 100W sind das dann 10V und 10A Ausgangsseitig. Mehr liefert der Trafo nicht, wenn DU 100W hinzufügst und einen 1 Ohm-Widerstand anschließt. Primärseitig muss also folglich die Spanung soweit reduziert werden, das nur 100W übertragen werden und auch Ausgangsseitig entsprechend entnommen werden. Durch das reduzieren der Spanung primärseitig, reduziert sich folglich die Spannung auch sekundärseitig. Du bist dann nicht mehr im Betrieb mit Nennspannung. Anders geht es nicht.
Kommt auf die Anbindung der Primärseite an. Sofern diese normal am Stromnetz oder irgendeiner guten Spannungsquelle hängen, bleibt die Primärspannung unverändert.
Ich habe ja geschrieben, was er machen muss, damit nur 100W bei 1 Ohm Last übertragen werden, weil er nur 100W "induzieren" will, also auf 100W begrenzt. Und wie sich dann die Spannungen verhalten müssen bzw ergeben.
Wie er sich verhält, wenn er mit Nennspannung betrieben wird.Das habe ich vorher geschrieben, das er bei 1 Ohm dann überlastet wird und bei idealer Betrachtung (ohne jeglichen Verluste und Begrenzungen) theoretisch wesentlich mehr überträgt, wie die 100W, nämlich 10kW...
Der Absatz klang für mich als würdest du meinen, dass hier zwingend die Primärpsannung einbrechen muss:
Das schafft natürlich jetzt weder der Trafo, noch die Quelle. Das ist, weil die Quelle, die Leitungen und auch der Trafo das physikalisch begrenzen...
Grundsätzlich muss man aber auch nicht die Primärspannung runter regeln damit an dem 1Ohm Widerstand 10A fließen.
Man kann den Trafo von Haus aus so Dimensionieren, dass er im Leerlauf 100V ausgibt und im Kurzschluss auf 10A begrenzt und das auch überlebt. Eine gängige Methode dafür ist ein Nebenschluss.
Sofern der Trafo als Ideal betrachtet wird muss man aber natürlich die Leistung Primärseitig auf 100W drosseln.
Man kann nicht eine bestimmte Leistung (in Watt) in einer Spule induzieren. Es wird in der Spule ein Strom induziert (in Ampere) . Daraus ergibt sich eine bestimmte Spannung an einem Widerstand, der in den Stromkreis eingebaut ist.
Ich bin nicht vom Fach, aber soviel weiß ich, dass der Widerstand, die Stromstärke und die Spannung voneinander abhängig sind. Man rechnet mit dem Ohmschen Gesetz. Allerdings ist die Spannung nicht konstant. Die Spannung fällt ab, wenn der angeschlossene Widerstand klein ist. Beim Kurzschluss ist die Spannung nahe NULL.
Induziert wird grundsätzlich eine Spannung, welche dann über den Widerstand einen Stromfluss ergibt.
Würde ein Strom induziert werden gäbe es ein Problem wenn der Stromkreis offen ist, denn hier würde sich eine unendlich hohe Spannung ergeben.
Daher lautet das Induktionsgesetz U = - dPhi/dt
Guten Abend,
erstmal vielen Dank für die ganzen Antworten. Das hat mir sehr weitergeholfen.
Ich hab auch schon herausgefunden wo mein Fehler lag.
Wenn ich 100 Watt und 100 Volt vorgebe, dann ist damit der Widerstand schon gegeben. P=U²/R __ R=100V²:100W=100Ω
Wenn ich sage der Stromkreis soll einen Widerstand von 1Ω haben dann wird die Spannung abfallen, es sei denn die Leistung wird erhöht.
Die Stromstärke erhöht sich in jedem Fall.
Wenn ich dazu komme poste ich morgen nochmal meine Schlussfolgerung als "bildliche Beschreibung".
Wenn ich sage der Stromkreis soll einen Widerstand von 1Ω haben dann wird die Spannung abfallen, es sei denn die Leistung wird erhöht.
Die Stromstärke erhöht sich in jedem Fall.
Nun, wenn wir deinen Trafo betrachten, der 100V ausgibt, dann bricht die Spannung bei 1 Ohm nicht automatisch auf 10V ein. Dafür müssen Grundvorraussetzungen geschaffen sein.
Diese sind entweder eine Regelung vor dem Trafo, die konstant auf max 100W begrenzt, oder wie Peter Kremser erläutert hat, müsste der Trafo so gebaut sein, das er Spannungsweich ist. Sprich, der Trafo lässt keine hohe Ausgangsleistung zu. (Klingeltrafos oder Schweißtrafos sind z.B. solche Trafos)
Die Standart-Trafos aber sind in der Regel in der Lage, auch höhere Leistungen zu liefern, nur werden sie dann unzulässig warm.
Betreibst Du den Trafo also an einer Spannungsquelle, übersetzt er stur nach Windungsverhältnis. z.B. 230V/100V.
An 100 Ohm hast Du deine 1A und somit 100W. Änderst Du jetzt den Widerstand auf 1 Ohm, wird der Trafo versuchen, die 100V aufrecht zu erhalten. Was dann tatsächlich noch aus dem Trafo raus kommt, hängt dann von vielen Faktoren ab. Aber durchaus können das noch 80-90V sein, und somit an 1 Ohm auch 80-90A fließen.
Die Faktoren, die das bestimmen sind die Verluste durch die Zuleitung (betrachtet inkl Trafo im Umspannwerk bis zu deinem Hausanschluß), Verluste im Versuchstrafo (Eisenverluste, Kupferverluste) und auch der Leitung zwischen Trafo und Widerstand.
In meinem Fall ist die Einspeisung auf 100 Watt begrenzt.
Was in der Praxis nun passieren würde wollte ich ursprünglich gar nicht wissen. Trotzdem trägt es zum Verständnis bei und deine Antwort ist sehr interessant zu lesen. Danke dafür :)
Kommt auf die Anbindung der Primärseite an. Sofern diese normal am Stromnetz oder irgendeiner guten Spannungsquelle hängen, bleibt die Primärspannung unverändert.
Der Spannungsabfall im Kurzschlussfall eribt sich hierbei nur durch Streuinduktivitäten und die Kupferverluste in Primär und Sekundärspule.
Sollte der Trafo Kurzschlussfest sein, dann sind die Verluste in der Primär und Sekundärwicklung vernachlässigbar klein. Der Grund warum die Sekundärspannung hierbei einbricht hat also nichts damit zu tun, dass die Spannung an der Primärseite einbricht, sondern hängt einfach damit zusammen, dass der Magnetische Fluss im Kern nicht mehr komplett durch die Sekundärspule geht, was im Fall von Kurzschlussfesten Trafos durch einen Nebenschluss erreicht wird. (U1/U2 = N1/N2 gilt nur im Leerlauf bzw bei perfekter Kopplung).